GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBANhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
1
TRUỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN
BỘ MÔN THIẾT BỊ ĐIỆN



ĐỒ ÁN MÔN
THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN ĐỀ TÀI :
THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC BA PHA
250 KVA LÀM MÁT BẰNG KHÔNG KHÍ 01/ 2010
GVHD :
NGUYỄN VĂN ĐOÀI


15
3/ Điện áp ngắn mạch U
n
16
4/ Dòng điện không tải I
o
16
III. Tính toán các trị số định mức 17
1. Công suất mỗi pha máy biến áp ba pha. 17
2. Công suất mỗi trụ MBA. 17
3. Các dòng điện định mức. 17
4. Điện áp pha. 17
5. Điện áp thử nghiệm dây quấn : 17
6. Kiểu dây quấn. 17
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đồi TK MBANhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
3
IV. Chọn vật liệu tác dụng. 17
1. Chọn vật liệu dẫn điện. 18
2. Chọn vật liệu dẫn từ. 18
V. Chọn kết cấu mạch từ. 18
1. Chọn dạng mạch từ. 18
2. Đặc điểm từng loại. 18
3. Chọn tiết diện trụ thép 21
4. Ghép trụ và gơng. 21
5. Cách phân bố cuộn dây MBA theo hình dáng mạch từ. 22
VI. Xác định hình dáng chủ yếu MBA. 23

9. Khoảng cách giữa hai trụ cạnh nhau : 55
10. Bề mặt làm lạnh dây quấn cao áp : 56
CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 57
I-Xác đònh tổn hao ngắn mạch : 57
1.Trọng lượng đồng của cuộn dây quấn hạ áp : 57
2.Trọng lượng đồng dây quấn cao áp : 57
3.Trọng lượmg đồng của hai dây quấn cao áp và hạ áp : 58
4.Tổn hao đồng : 58
II-Xác đònh tổn hao phụ : 59
1.Đối với dây quấn hình chữ nhật : 59
2.Đối với dây quấn tiết diện tròn : 60
III- Tổn hao dây dẫn ra : 61
IV- Tổn hao trong vách thùng và các chi tiết kim loại khác : 64
V-Xác đònh điện áp ngắn mạch : 65
VI-Tính lực cơ học của dây quấn máy biến áp : 67
CHƯƠNG 5 : TÍNH TOÁN CUỐI CÙNG HỆ THỐNG MẠCH TỪ VÀ HỆ SỐ KHÔNG TẢI CỦA
MÁY BIẾN ÁP 77
I-Xác đònh kích thước cụ thể của lõi sắt : 77
II-Tính toán tham số không tải của máy biến áp : 85
III-Hiệu suất máy biến áp : 88
CHƯƠNG 6 : TÍNH TOÁN NHIỆT CỦA MÁY BIẾN ÁP . 89
Tính toán nhiệt qua từng phần : 89
I-Tính toán nhiệt của dây quấn hạ áp : 89
II-Tính toán nhiệt dây quấn cao áp : 91
CHƯƠNG 7 : ĐỘ AN TOÀN VÀ TÍNH KINH TẾ 96
A-Độ an toàn : 96
I-An toàn khi xuất xưởng : 96
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đồi TK MBA
-12
Điện áp ngắn mạch : U
n
= 5.5%
Tổn hao ngắn mạch : P
n
= 2750W
Số pha : m = 3, tần số f=50Hz, U
dm
=35/0.4KV

stt Tên bản vẽ Khổ giấy Số lượng
1 Mặt cắt đứng mặt cắt bằng MBA A3 01
2 Kết cấu MBA A3 01 Phần thuyết minh
1.Tính toán kích thước chủ yếu
2.Tính toán dây quấn CA/HA
3. Tính toán ngắn mạch
4.Tính toán nhiệt, Thiết kế vỏ thùng
5. Thiết kế kết cáu máy biến áp
lượng điện năng cũng như tính năng của máy biến áp nhiều tiêu chuản mới của
máy biến áp được đưa ra. Ở đây ta thiết kế máy biến áp có công suất là 250KVA
điện áp 35/0.4KV ( làm mát bằng không khí), kiểu trụ.
Công Suất Làm lạnh bằng Số pha điện áp
250KVA Không khí 3 35/0.4KV

So với tiêu chuẩn cũ thì tiêu chuẩn mới có những yêu cầu cao hơn như:
- tổn hao giảm đáng kể.
- hiệu suất tăng lên
- giảm mức tăng nhiệt độ của dây quấn
- mở rộng phạm vi điều chỉnh điện áp dưới tải
- tăng cường trang thiết bị máy biến áp kiểm tra chất lượng và bảo quản GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBANhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
8 III. Chọn vật liệu trong việc thiết kế chế tạo máy biến áp.

Việc chọn lựa vật liệu thiết kế máy biến áp nhằm mục đích cải thiện các
đặc tính của mày biến áp như :
- giảm tổn hao năng lượng, kích thước, trọng lượng
- đảm bảo độ tin cậy, đảm bảo chất lượng
- vật liệu rẻ, dễ kiếm
Vật liệu trong máy biến áp thường có 3 loại:
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBANhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
9
IV. Chọn kết cấu chính cho máy biến áp.
MBA gồm những bộ phận chính sau: lõi thép( mạch từ), dây quấn, hệ
thống làm mát và vỏ máy
1.Lõi thép và kết cấu:
Trong MBA lõi thép dùng làm mạch dẫn từ và khung cho dây quấn, lõi thép
được ghép những lá thép bằng xà ép hoặc bulong tạo thành bộ khung cho máy biến
áp, tren nó còn bắt các đầu dây dẫn ra nối với các sứ xuyên hoặc giá đỡ nắp máy: Hình 1. Mạch từ MBA


Hình2. Lõi sắt của MBA 3 pha dây quấn kiểu trụ
1- Gông 2- Trụ 3- Tiết diện trụ
1

3

Hình 3. Lõi sắ MBA 3 pha kiểu bọc
1- Trụ 2- Gông 3- Dây quấn

Ngoài ra người ta còn thiết kế kiểu lõi sắt trung gian giữa kiểu trụ và kiểu bọc
gọi là trụ-bọc.
c/Theo phương pháp ghép trụ và gông có thể chia lõi sắt thành 2 kiểu: Lõi ghép nối
và ghép nối xen kẽ.
+ Ghép nối: Gông và trụ ghép riêng rồi được nối lại với nhau nên không bảo đảm
tiếp xúc tốt giữa trụ và gông , do đó tổn hao không tải và tổn hao dòng điện lớn vì
vậy kiểu này ít dùng
1

2

3

GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBANhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010

Hình 6. a) dây quấn đồng tâm
b)dây quấn xen kẽ
HA

CA

a)

HA

CA

b)

GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBANhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
13


- Tính toàn cụ thể lõi sắt
- Tính toán nhiệt và thiết kế vỏ máy
3. Thiết kế thi công.
- Tính toán và vẽ đầy đủ chi tiết kết cấu MBA
- Tính toán kinh tế về sản phẩm chế tạo
- Thiết kế MBA được tiến hành qua các bước như sau:
a/ Xác định các đại lượng cơ bản:
+ Tính dòng điện, điện áp pha của các cuộn dây.
+ Xác định điện áp thử của dây quấn.
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBANhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
14
+ Xác định các thành phần của điện áp ngắn mạch
b/Tính toán kích thước chủ yếu:
+ Chọn sơ đồ và kích thước lõi sắt
+ Chọn mã hiệu tôn và cách điện, chọn cường độ từ cảm lõi sắt
+ Chọn kết cấu và xác định khoảng cách cách điện các cuộn dây
+ Tính toán sơ bộ và chọn kích thước chủ yếu hình dáng β theo P
0
, P
n
, U
n
và
I
o
đã cho.

GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBANhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
15 CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC CHỦ
YẾU CỦA MÁY BIẾN ÁP

I. Các thông số kĩ thuật ban đầu
Việc thiết kế MBA luôn luôn đảm bảo bốn thông số quan trọng trong
pham vi cho phép ở điều kiện làm việc lưới điện Việt Nam.
Trong phạm vi cho phép việc thiết kế MBA các thông số kĩ thuật theo
tiêu chuẩn Việt Nam( TCVN):
Theo TCVN ta thiết kế MBA không khí 3 pha có số liệu ban đầu như
sau: Dung lượng máy biến áp : S
dm
= 250 KVA
Tổn hao không tải : P
o
= 600 W
Sơ đồ đấu dây : Y/Y
o
-12
Điện áp ngắn mạch : U

đồng tăng làm giá thành tăng.

)1(
0
0
ndm
n
PPP
PP
++
+
−=
η
100
×
%
2/Tổn hao không tải P
o

Trong thí nghiệm không tải phía sơ cấp đặt điện áp định mức, phía thứ cấp
hở mạch vì vậy P
o
là tổn hao trên lõi thép và tổn hao trên điện trở của dây quấn sơ
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBANhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
16
cấp. Tổn hao trên lõi thép thường 0.1% - 0.2% của tổng công suất MBA.Gồm có



∑Trong đó :
P=
)/(
50
1
kgW
là tổn hao của lõi thép ở tần số từu hoá f=50Hz tương ưóng với
cảm ứng từ B=1Tesla
m
K
là khối lượng lõi thép ở đoạn k(kg)
B là cảm ứng từ của lõi thép ở đoạn k ( Tesla)
3/ Điện áp ngắn mạch U
n

Điện áp ngắn mạch U
n
là đại lượng đặc trưng của điện trở và điện kháng tản
của dây MBA.

U
n
% =
100100
dm

- Là dòng điện chạy trong dây quấn sơ cấp khi dây quấn thứ cấp hở mạch.
- Giá trị hiệu dụng :
I
o
=
2
00
)(
xr
II +

+ I
0x
là dòng từ hoá lõi thép tạo nên từ thông cùng chiều với từ thông
+I
0r
là dòng tạo nên tổn hao sắt từ của lõi thép thông thường I
0r
=0.1*I
o

Thông thường I
0
= (0,005-0,1) I
dm
.


=
).(85,360
4.0.3
250
.3
1
A
U
S
dm
==

U
1dm
=0,4KV : điện áp phía hạ áp
b/Dòng cao áp.
I
2
=
)(12,4
35.3
250
.3
2
A
U
S
dm
==


=5 kV
6. Kiểu dây quấn.
Theo phụ lục XV, dây quấn CA với điện áp U
2
=35kV và dòng I
2
=4,12
A chọn loại dây quấn hình ống nhiều lớp tiết diện tròn, dây quấn HA với
U
1
=0,4 kV và dòng I
1
=360,85A chọn dây quấn hình ông đơn. IV. Chọn vật liệu tác dụng.
Trong thiết kế việ lựa chọn vật liệu tác dụng cũng như vật liệu cách
điện vật liệu dây dẫn, vật liệu kết cấu mạch từ, vật liệu kết cấu mạch từ… có
ảnh hưởng đến tính năng MBA, hiệu suất máy.
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBANhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
18
Các vật liệu dùng đẻ chế tạo MBA gồm có:
o Thép kĩ thuật điện dẫn từ
o Đồng hay nhôm dùng làm dây quấn
o Thép làm thùng, vỏ máy
o Sứ cách điện và các vật liệu cách điện khác

o Mạch từ kiểu trụ
o Mạch từ kiểu bọc
o Mạch tù kiểu cuộn
2. Đặc điểm từng loại.
a. Mạch từ kiểu trụ.
Trong mạch từ kiểu trụ thì dây quấn ôm lõi sắt gông từ chỉ giáp phía
trên và phía dưới dây quấn. Hình dáng kích thước dây quấn phụ thuộc chủ
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBANhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
19
yếu vào hình dáng dây quấn. Xét về khả năng chịu lực điện ngắn mạch thì
dây quấn tiết diện tròn la tốt nhất hơn nữa dây quấn kiểu này còn tiết kiệm
nhất.
MBA công suất nhỏ thường dùng tiết diện hình chữ thập
Hình 7. Tiết diện hình chũ thập
Mạch từ kiểu trụ có hai loại chính:
o Loại 3 trụ :loại này chế tạo dễ, tốn it thép sử dụng rộng dãi với máy
công suất nhỏ.

áp công suất lớn tới hàng trăm ngìn KVA.

Hình 9. Mạch từ loại 5 trụ
b. Mạch từ kiểu bọc.
Mạch từ kiểu bọc thì lõi thép bọc lấy dây quấn, dây quấn thứ cấp và
dây quấn sơ cấp đặt trung ở trụ giữa. Mạch từ khép kín bọc lấy dây quấn,
trụ giữa gấp đôi 2 trục bên và từ thông nó cũng gấp đôi. Tuy nhiên loại
mạch từ này chịu lực kém nên ít được dùng trong truyền tải điện lực. Hình 10. Dạng mạch từ kiểu bọc
Ưu điểm: Dễ chế tạo, tiết kiệm trọng lượng thép, ứng dụng với MBA công
suất vừa và nhỏ.
↓

↓
GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBA


Hình 12. Mối nối tù của thép cán lạnh

45
0

GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBANhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
22
5. Cách phân bố cuộn dây MBA theo hình dáng mạch từ.
Trong quá trình thiết kế máy biến áp ta có thể bố trí cuộng dây theo hai
loại như sau:
Đồng trục đơn giản, đồng trục phân tán, đồng trục xen kẽ, dây quấn
xen kẽ
o Dây quấn đồng trục: Dây HA đặt bên trong, dây CA đặt bên ngoài
như vậy dễ cách điện cho dây quấn cao áp hơn. Dây quấn thường
quấn sang trái, quấn HA đồng trục từng vòng liên tục, dây cao thế
phân thành bánh dây, ở giưa có khe hở làm mát.



nn

vn

nn

nn

GVHD: Th.s Nguyễn Văn Đoài TK MBANhóm 3 Điện 1_ K1 HaUI
1/2010
23

VI. Xác định hình dáng chủ yếu MBA.


a
R
= a
12
+ (a
1
+a
2
)/3 = 2,7 +1.813=4,513cm
trong đó theo phụ lục XIV -2 được a
12
=2,7cm, l
o
=7,5cm, a
22
=2cm, u
t
=80kV,
và a
0l
=1,5cm với U
t
=5kV.
Điện áp ngắn mạch tác dụng :
c

c

d
12

10
=
×
=
P
n
S
PĐiện áp ngắn mạch phản kháng:
U
nx
=
%39.51.15.5
2222
=−=−
nrn
uu

o Hệ số Rôgovski( K
t
) hệ số từ trường tản: K
t
=0.95
o Chọn cường độ từu cảm B
t
trong trụ:
Với S’ = 83.33KVA , chọn tôn cán lạnh đẳng hướng 3404 dày
0.35mm với B


)(59,1
02,1
62,1
T
K
B
B
g
t
g
===

o Từ cảm khe hở không khí mối nối thẳng: B
k
’’ =B
t
= 1,62T
o Từ cảm khe hở không khí mối nối xiên: B
k
’ =
2
t
B
=1,145 T.
o Suất tổn hao trong trụ và gông : với thép mã hiệu 3404 dày 0.35mm (
theo bảng V.14 –TL1) ta có: P
t
=1.358 w/kg, p
g

12
=2,7cm
- Giữa hai cuộn cao áp: a
22
=2cm
- Tấm chắn giữa các pha: δ
22
=0,3cm
- Giữa dây quấn cao áp đến gông: l
02
=5cm
- Đầu thừa của ống cách điện : l
d2
=3cm

2. Chọn hệ số hình dáng β.
• Xác định kích thước d của trụ sắt:
d = 16.
4
22

'.
ltx
rr
KBUf
KaS
β

Trong đó:
o

4
22

'.
ltx
rr
KBUf
KaS
= 16.
4
22
86,0.62,1.38,5.50
95,0.513,4.33,83
= 14,5.